洗瓶机用电磁阀和过滤器的选型问题-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘要：以KCQ30型西林瓶洗瓶机为例，①分析了ZCW型膜片式零压力启动电磁阀故障频发的原因，经综合评估选用了ZQDF(Y)型活塞式分步动作直接先导式电磁阀后，问题得以解决；②对压缩空气使用点0.01μm精度孔径过滤器之后，管道积尘现象的原因进行了分析，指出：完整性检测，稳态尘埃粒子数和微生物限度的检测数据都不能表征实际的脉冲过滤，即非稳态的工况。对策：因对污染控制没有影响，不处置。
    关键词:洗瓶机；电磁阀；压缩空气；过滤器；稳态；非稳态
    中图分类号：TQ460.5文献标识码：A文章编号：1008-455X(2010)04-0030-03
    立式超声波西林瓶洗瓶机，在工程实践中，存在电磁阀故障频发，压缩空气使用点过滤器之后管道中积尘的现象，此外尚有绞龙提升组件中提升机构轨道和滑块产生磨屑等问题。
    下面以KCQ30型洗瓶机为例，探讨一下相关问题产生的原因和对策。该洗瓶机的铭牌参数：生产能力150瓶/min，适用西林瓶规格6~12 mL。主要结构参数：30个翻转夹头，冲气针头12个，冲水针头6个。
    1　电磁阀故障频发的原因和对策
    1.1　设备概况
    洗瓶机工艺是典型的二水四气。设备有3个电磁阀，其中2个用于水，1个用于压缩空气。3个电磁阀的规格型号相同。
    1.2　电磁阀的参数和结构
    电磁阀选用的是零压力启动电磁阀。电磁阀的型号是ZCW-20型（DN20）。电磁阀的结构是膜片式，膜片的材质是耐温进口合成橡胶。
    电磁阀的铭牌参数：温度≤60℃。
    电磁线圈的功率2 W，防护等级IP 65。
    1.3　故障现象和频次
    （1）电磁线圈频繁损毁，频次约为7～15天。
    （2）橡胶膜片开裂，频次约15天。
    （3）故障频次指的是水路上的电磁阀，压缩空气管路上的电磁阀，故障频次要低很多。   1.4　故障原因
    1.4.1　电磁阀的安装位置
    电磁阀使用说明书要求，电磁阀线圈向上并保持垂直位置。洗瓶机中电磁阀线圈的实际安装位置，和说明书的要求正好相反。按说明书的要求整改后，压缩空气管路上的电磁阀故障频发的问题，基本解决了，但水管路上电磁阀故障频发的问题依旧。
    1.4.2　工作介质的温度
    电磁阀铭牌的工作温度为≤60℃，注射水的实际进水温度≥85℃。
    将注射水温度控制在65~70℃，故障依旧，而将注射水温度控制在65℃以下，又和GMP注射用水65℃以上循环的要求不符。
    将注射水温度控制在50℃以下，虽然已无意义，但实践证明对解决电磁阀故障频发的问题，并没有帮助。
    查电磁阀厂家产品样本，ZCW I型耐温≤80℃，Ⅱ型的耐温≤125℃。厂家表示Ⅱ型的耐温参数80℃也不能保证，即有产品样本，但无产品可供。
    1.4.3　电磁阀的动作寿命
    电磁阀厂家表示，膜片式结构的电磁阀，动作次数的寿命设计值为10万次。
    当生产能力120瓶/min，电磁阀每分钟要开关动作40次，以每天洗瓶机运行4 h计，不难得出，电磁阀每天动作次数值9600次/4 h，运行不到11天，电磁阀的设计寿命就终结了。这个结果和电磁阀故障发生的频次，基本吻合。
    对此，电磁阀制造商表示，造成这种情况，是洗瓶机制造商选型不当，ZCW型膜片式电磁阀，不适用于洗瓶机这样频繁动作的场合。
    1.5　电磁阀的选型
    通过对故障频发原因的分析，可知关键是要解决动作寿命300万次以上的电磁阀选型问题。
    经综合评估，选用ZQDF(Y)电磁阀。
    1.5.1　ZQDF(Y)电磁阀的特点
    （1）主要部件阀塞、阀体等采用不锈钢和不锈铸钢制造。
    （2）电磁，密封部分全部采用特种耐高温电工材料和密封材料，并采用了有效的隔热措施。
    （3）阀塞、阀体间利用注射水的润滑作用，减少了磨损。
    1.5.2　结构与原理
    本阀为分步动作直接先导式电磁阀。
    常闭式，线圈通电后，衔铁在电磁力作用下先带动副阀阀塞提起，主阀阀杯上的流体经副阀流走，减少了作用在主阀阀杯上的压力，当主阀阀杯上的压力减少到一定值时，衔铁带动主阀阀杯，并利用压差而使主阀阀杯开启，介质导通。
    线圈断电后，电磁力消失，衔铁因自重下落复位。同时依靠介质压力，主副阀得以紧密关闭。
    1.5.3　选型注意事项
    ZDS系列180℃高温电磁阀，不适用于液体。
    1.5.4　质保期
    在买方使用条件下，卖方承诺：在货到之日起12个月之内，出现质量问题更换或维修。
    1.6　使用情况
    质保期内没有出现故障。
    2　压缩空气过滤器后管道积尘的原因和对策
    2.1　设备概况
    洗瓶机配有3个终端膜过滤器。其中2个用于水，膜的材质是聚醚砜，用于精洗注射水的精度孔径是0.22μm，用于粗洗注射水的精度孔径是0.45μm。还有1个用于压缩空气，膜的材质是聚四氟乙烯，用于液体过滤时的精度孔径是0.22μm，用于空气过滤时的精度孔径是0.01μm，过滤效率是99.9999%。
    2.2　压缩空气过滤器后管道中的积尘现象
    在试运行之前，压缩空气管道已经过了吹扫，0.01μm精度孔径的滤芯，通过了完整性检测（泡点试验）。
    运行1个星期后，解体清洁，发现滤芯外表面（迎风侧）变黑了，这属于正常现象，说明过滤器对尘埃和异物进行了有效拦截。但在过滤器之后的管道里也发现有积尘现象。
    多次对滤芯的完整性进行了确认，对滤芯O型密封圈进行了确认，对桶式过滤器和管道进行了清洁。运行一段时间后，检查发现污染的程度在减轻，但不能根除过滤器后管道中的积尘现象。
    2.3　尘埃粒子计数和微生物限度的检测
    在过滤器后，采用玻璃三通管泄压后，取样进行尘埃粒子计数和微生物限度的检测，当自净时间足够长，例如：60 min后取样（读数），这2个监测项目都没有问题。
    2.4　对检测数据的质疑
    （1）过滤器完整性检测数据的重现性很好，泡点值均≥0.07 MPa，可确认过滤器没有问题。
    （2）尘埃粒子计数和微生物限度的检测数据，只要有足够长的自净时间，检测数据的重现性很好。
    （3）根据检测数据，推论过滤器后的管道中不应有裸视可见的积尘现象。实践证明，这个推论是错误的。
    （4）实际运行工况
    冲气针头组移动→定位→进针→冲气→停止冲气→退针。
    完成1个循环周期的时间是1.5 s，其中冲气的时间为0.3 s。
    桶式过滤器顶部的压力表显示，冲气前压缩空气的压力示值为≥0.5 MPa，冲气瞬间的压力示值为0.15 MPa，即在冲气放散的过程中，过滤器承受的压损值高达0.35 MPa，显然过滤器工作在过载和非稳定状态。
    用轻载和稳态检测的尘埃粒子数和微生物限度值，因和实际运行条件相差甚远，用这些数据描述实际的运行过程，是没有意义的。
    2.5　非稳态过滤器的选型
    2.5.1　过滤法除尘菌的2个基本假设
    （1）被捕集到的粒子不再迁移。
    （2）过程和时间无关。
    在粒子浓度较低，滤速较低，滤速较稳定的情况下，基本假设宏观上可成立。对洗瓶机脉冲放散过载的运行条件而言，2个基本假设均不能成立。
    2.5.2　过滤器的选型
    能满足洗瓶机运行工况的过滤器，现有的工程技术尚不能解决，怎么办？
    压缩空气终端过滤器后，管道中积尘的原因找到了，那就是捕集到的粒子，在脉冲放散过载工况下发生了迁移，导致过滤失败。在0.3 s的冲气时间里，稳态的过程无法建立。
    可以这么说，各企业在用的洗瓶机都存在这个问题，如果前处理做的比较好，或排查异物解体清洁观察的不够仔细认真，那么这个现象就会被忽视了。其实，被忽视的根本原因，还在于这个现象（问题）的客观存在，对产品的质量并没有影响。
    2.6　对策
    过程上应用的压缩空气过滤器，都是深层过滤器，定义模糊的精度孔径，并不是几何孔径均一的实际孔径值，其真实孔径的离散分布区间，决定了人们不能用筛分的概念来理解气态非均一系的工程分离问题。
    从多批次产品的检测数据来看，可见异物黑点的检出概率值为0。就是说，在系统投运初期，压缩空气管道比较脏的时候，对应过滤器之后管道中的积尘现象亦较为严重的时候，对产品可见异物指标并没有影响，而在投运数月后，过滤器之后管道中的积尘现象，已显著减轻的今天，再讨论此问题已无实际意义。
    对策：不处置。
    3　绞龙提升组件产生的磨屑在洗瓶机超声波粗洗水池中，检出了绞龙提升组件中提升机构轨道和提升块之间聚四氟乙烯材质摩擦条产生的磨屑。
    各制造商的洗瓶机，此结构大同小异，因此都存在此问题。
    超声波粗洗后，还要经过2道注射水精洗，聚四氟乙烯磨屑的客观存在，对洗瓶（产品）的质量并没有影响。对策：不处置。
    4　结束语
    4.1　洗瓶机制造商，对买方提出的电磁阀频繁故障的问题，不断地免费提供新的电磁阀和电磁线圈。可是买方还是受不了，因为，正常的生产秩序难以维持。
    4.2　冻干粉针剂中可见异物的系统控制实践问题，将专门撰文进行探讨，本文只述及洗瓶机的可见异物污染控制的部分问题。
    4.3　本文供有类似问题的同行借鉴参考。

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